KR20160092571A

KR20160092571A - Lte 통신 시스템 및 그 제어방법과 그 시스템에 포함되는 pgw, ha와 그 제어방법

Info

Publication number: KR20160092571A
Application number: KR1020150012924A
Authority: KR
Inventors: 신덕현; 신익섭; 정원식; 김선호; 박상길
Original assignee: 주식회사 엘지유플러스
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2016-08-05
Also published as: KR102222478B1

Abstract

본 발명은 LTE 통신 시스템 및 그 제어방법과 그 시스템에 포함되는 PGW, HA와 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 PGW(PDN Gateway)와 HA(Home Agent)를 포함하는 LTE(Long Term Evolution) 통신 시스템의 제어방법은, 상기 PGW가, 단말에 제공할 수 있는 네트워크 주소 대역정보에 해당하는 IP POOL 정보와 특정 HA의 네트워크 주소에 해당하는 HA IP 정보를 매칭한 매칭 테이블을 저장하는 단계와; 상기 PGW가 단말의 LTE 접속 요청을 감지하는 경우 상기 IP POOL 정보에서 가용한 어느 하나의 네트워크 주소인 1차 네트워크 주소를 추출하여 상기 단말에 할당하고, 상기 IP POOL 정보에 매칭된 HA의 네트워크 주소와 상기 1차 네트워크 주소를 모두 포함하는 접속 응답 신호를 상기 LTE 접속 요청을 전송한 단말 측으로 전송하는 단계와; 상기 HA가 상기 PGW의 응답 신호를 수신한 단말로부터 상기 1차 네트워크 주소를 포함하는 연결 요청 신호를 수신하면, 상기 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소를 해당 단말의 2차 네트워크 주소로 할당한 후, 그 할당한 2차 네트워크 주소를 포함하는 연결 응답 신호를 상기 단말에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

LTE 통신 시스템 및 그 제어방법과 그 시스템에 포함되는 PGW, HA와 그 제어방법{LTE COMMUNICATION SYSTEM, CONTROL METHOD THEREOF, PGW AND HA COMPRISED IN THE SYSTEM, CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 LTE 통신 시스템 및 그 제어방법과 그 시스템에 포함되는 PGW, HA와 그 제어방법에 관한 것이다.

3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 LTE(Long Term Evolution) 통신 시스템의 구성 엔티티 중 PGW(PDS Gateway)와 HA(Home Agent)가 있는데, 현재는 HA가 PGW에 포함된 형태로 구성되어 있다.

구체적으로 3GPP Rel-10에서 IFOM(IP Flow Mobility)를 이용한 LTE/WLAN(Long Term Evolution/Wireless LAN) 병합 구조를 위해 HA와 PGW의 기능을 논리적으로 정의하고 있는데, 실제적인 물리적 운영상 HA의 기능은 PGW에서 담당하고 있는 실정이다.

즉, LTE/WLAN 과 같은 이종망간 IP Flow Mobility를 정의하고 있는 DSMIPv6(RFC 5555) 기반의 3GPP 연동 규격(23.402, 23.261 등)에서는 이종망간 Mobility IP Anchor 역할을 수행하는 HA 기능이 LTE의 PGW 내에 포함되는 것 즉, PGW와 HA의 통합 구조를 전제로 하고 있고, 분리 구조에 대한 세부 동작은 명시가 안 되어 있다.

이처럼, IFOM 구조에서 HA 즉, DSMIPv6(Dual Stack Mobile Internet Protocol Version 6) HA는 LTE의 경우 기본적으로 PGW에서 기능을 수행하는 것으로 되어 있으나 과도한 단말 의존성 및 시그널링 및 베어러 오버헤드, PGW의 과도한 부하 등으로 인해 HA와 PGW의 노드 분리가 요망되고 있다.

그런데, HA와 PGW를 물리적으로 분리하여 별개의 노드로 구분하는 경우, 종래 기술에 의하면, 단말 Attach시 해당 단말에 EPS(Evolve Packet System) 세션용으로 PGW가 할당하는 IP 주소(CoA : Care of Address)와, HA가 할당하는 해당 단말에 할당하는 IP 주소(HoA : Home of Address)가 각각 독립적으로 할당되는 문제점이 발생하고, 이에 따라 단말과 PGW/HA 간에 IP-in-IP 터널방식으로 라우팅 처리가 필요하다는 문제점도 발생한다.

즉, 하나의 단말 세션에 복수개 아이피 주소가 할당되는 문제점과 함께, 단말과 HA 간 LTE 전체 망 내에서 IP-in-IP 터널 방식을 통한 라우팅 처리로 인해 트래픽 패킷당 IP 헤더 20바이트의 오버헤드가 추가되어야 하는 문제가 발생하는 것이다.

이러한 패킷 흐름 과정이 도 1에 도시되었다.

즉 외부의 소정 서버로부터 단말로 향하는 패킷이 HA에 수신되는 경우, HA와 단말 간에는 Outer 헤더가 더 추가된 패킷이 IP-in-IP 터널로 전송되게 된다.

구체적으로, HA가 외부 서버로부터 수신한 패킷은 헤더와 Payload로 이루어져 있는 경우(여기서 헤더의 소스 아이피는 서버의 아이피이고, 목적지 아이피는 HA에 의해 단말 세션에 할당된 HoA임) HA로부터 PGW를 경유하여 단말에 전송되는 패킷에는 이러한 기존의 헤더(즉, Inner Header라 할 수 있음)에 Outer 헤더가 더 추가(여기서 Outer 헤더의 소스 아이피는 HA 주소이고, 목적지 아이피는 CoA가 됨)되기 때문에 특히 무선 구간 즉, eNB와 단말 간에는 Outer 헤더의 추가에 따른 오버헤드가 더 발생하는 것이다.

3GPP TS 23.402

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 PGW와 HA를 분리된 노드로 운영하는 경우 불필요한 오버헤드를 방지하고 중복적인 주소 할당 과정을 개선하도록 하는 LTE 통신 시스템 및 그 제어방법과 그 시스템에 포함되는 PGW, HA와 그 제어방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 PGW(PDN Gateway)와 HA(Home Agent)를 포함하는 LTE(Long Term Evolution) 통신 시스템의 제어방법은, 상기 PGW가, 단말에 제공할 수 있는 네트워크 주소 대역정보에 해당하는 IP POOL 정보와 특정 HA의 네트워크 주소에 해당하는 HA IP 정보를 매칭한 매칭 테이블을 저장하는 단계와; 상기 PGW가 단말의 LTE 접속 요청을 감지하는 경우 상기 IP POOL 정보에서 가용한 어느 하나의 네트워크 주소인 1차 네트워크 주소를 추출하여 상기 단말에 할당하고, 상기 IP POOL 정보에 매칭된 HA의 네트워크 주소와 상기 1차 네트워크 주소를 모두 포함하는 접속 응답 신호를 상기 LTE 접속 요청을 전송한 단말 측으로 전송하는 단계와; 상기 HA가 상기 PGW의 응답 신호를 수신한 단말로부터 상기 1차 네트워크 주소를 포함하는 연결 요청 신호를 수신하면, 상기 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소를 해당 단말의 2차 네트워크 주소로 할당한 후, 그 할당한 2차 네트워크 주소를 포함하는 연결 응답 신호를 상기 단말에 전송하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 HA(Home Agent)와 통신하는 PGW(PDN Gateway)의 제어방법은, 단말에 제공할 수 있는 네트워크 주소 대역정보에 해당하는 IP POOL 정보와 특정 HA의 네트워크 주소에 해당하는 HA IP 정보를 매칭한 매칭 테이블을 저장하는 단계와; 상기 IP POOL 정보를 상기 매칭된 HA IP 정보에 해당하는 HA로 전송하여 공유하는 단계와; 단말의 LTE 접속 요청을 감지하는 경우 상기 IP POOL 정보에서 가용한 어느 하나의 네트워크 주소인 1차 네트워크 주소를 추출하여 상기 단말에 할당하고, 상기 IP POOL 정보에 매칭된 HA의 네트워크 주소와 상기 1차 네트워크 주소를 모두 포함하는 접속 응답 신호를 상기 LTE 접속 요청을 전송한 단말 측으로 전송하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 PGW(PDN Gateway)와 통신하는 HA(Home Agent)의 제어방법은, 상기 PGW의 응답 신호를 수신한 단말로부터 상기 PGW에 할당한 1차 네트워크 주소를 포함하는 연결 요청 신호를 수신하는 단계와; 상기 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소를 해당 단말의 2차 네트워크 주소로 할당하는 단계와; 상기 할당된 2차 네트워크 주소를 포함하는 연결 응답 신호를 상기 단말에 전송하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 PGW(PDN Gateway)와 HA(Home Agent)를 포함하는 LTE(Long Term Evolution) 통신 시스템은, 상기 PGW는, 단말에 제공할 수 있는 네트워크 주소 대역정보에 해당하는 IP POOL 정보와 특정 HA의 네트워크 주소에 해당하는 HA IP 정보를 매칭한 매칭 테이블을 저장하고, 단말의 LTE 접속 요청을 감지하는 경우 상기 IP POOL 정보에서 가용한 어느 하나의 네트워크 주소인 1차 네트워크 주소를 추출하여 상기 단말에 할당하고, 상기 IP POOL 정보에 매칭된 HA의 네트워크 주소와 상기 1차 네트워크 주소를 모두 포함하는 접속 응답 신호를 상기 LTE 접속 요청을 전송한 단말 측으로 전송하며, 상기 HA는 상기 PGW의 응답 신호를 수신한 단말로부터 상기 1차 네트워크 주소를 포함하는 연결 요청 신호를 수신하면, 상기 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소를 해당 단말의 2차 네트워크 주소로 할당한 후, 그 할당한 2차 네트워크 주소를 포함하는 연결 응답 신호를 상기 단말에 전송하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 HA(Home Agent)와 통신하는 PGW(PDN Gateway)는, 단말에 제공할 수 있는 네트워크 주소 대역정보에 해당하는 IP POOL 정보와 특정 HA의 네트워크 주소에 해당하는 HA IP 정보를 매칭한 매칭 테이블을 저장하는 저장부와; 상기 IP POOL 정보를 상기 매칭된 HA IP 정보에 해당하는 HA로 전송하여 공유하는 데이터 공유부와; 상기 단말의 LTE 접속 요청을 수신하는 요청 수신부와; 상기 단말의 LTE 접속 요청의 수신을 감지하는 경우 상기 IP POOL 정보에서 가용한 어느 하나의 네트워크 주소인 1차 네트워크 주소를 추출하여 상기 단말에 할당하는 단말 주소 할당부와; 상기 IP POOL 정보에 매칭된 HA의 네트워크 주소와 상기 1차 네트워크 주소를 모두 포함하는 접속 응답 신호를 상기 LTE 접속 요청을 전송한 단말 측으로 전송하는 전송부를 포함하여 구성된다.

또, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 PGW(PDN Gateway)와 통신하는 HA(Home Agent)는, 상기 PGW의 응답 신호를 수신한 단말로부터 상기 PGW에 할당한 1차 네트워크 주소를 포함하는 연결 요청 신호를 수신하는 요청 수신부와; 상기 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소를 해당 단말의 2차 네트워크 주소로 할당하는 단말 주소 할당부와; 상기 단말에 할당된 2차 네트워크 주소를 포함하는 연결 응답 신호를 상기 단말에 전송하는 전송부를 포함하여 구성된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, PGW와 HA를 분리된 노드로 운영하는 경우 패킷에 있어서의 불필요한 오버헤드를 방지하고 중복적인 주소 할당 과정이 발생하지 않도록 하여 주소 자원의 불필요한 소모를 막을 수 있다.

도 1은 종래의 방식에 따른 패킷 수신 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 통신 시스템을 포함하는 전체 시스템의 개략 구성도이고,
도 3은 도 1의 PGW의 기능블록도이고,
도 4는 도 1의 HA의 기능블록도이고,
도 5는 본 발명에 따른 방식에 의한 패킷 수신 흐름도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 통신 시스템의 제어 흐름도이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

이하 본 발명에 따른 각 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 하나의 예에 불과하고, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 특히 본 발명은 각 실시예에 포함되는 개별 구성, 개별 기능, 또는 개별 단계 중 적어도 어느 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있다.

그리고 이하 본 발명의 각 실시예를 설명함에 있어서, 본원발명의 특징과 관련없는 종래 기술에 대해서는 그 설명을 일부 생략할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 LTE(Long Term Evolution) 통신 시스템을 포함하는 전체 통신 시스템의 개략 구성은 도 2에 도시된 바와 같다.

도 2에서 UE(User Equipment)(200)는 통신 서비스를 이용하는 사용자가 조작하는 단말기로서, 예를 들어 휴대폰, 스마트폰과 같은 이동통신 단말기에 해당할 수 있다.

이러한 UE(200)에는 "가입자 식별/인증을 위한 IMSI(International Mobile Subscriber Identity) 값이 내장된 USIM(Universal Subscriber Identity Module) 카드"가 삽입될 수 있게 되어 있고, 또한 UE(200)는 LTE chip을 내장하고 있어 LTE 망에 붙을 수 있다.

LTE 통신 시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 eNB(Evolved Node B)(130), PGW(PDN Gateway)(110), HA(Home Agent)(120)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 LTE 통신 시스템(100)은 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 정의한 LTE 통신과 관련된 통신 시스템을 의미하는 것으로서, 보다 정확히는 E-UTRAN(Evolved UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network))와 EPC(Evolved Packet Core)를 모두 포함하는 EPS(Evolve Packet System)을 의미할 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 편의상 LTE를 이용하는 통신 시스템이라는 의미로서, LTE 통신 시스템(100)이라 명명한다.

물론, 도 2의 LTE 통신 시스템(100)에는 eNB(130)와 PGW(110) 간의 통신 경로 사이에 존재하는 SGW(Serving Gateway), 단말(200)을 인증하고 EPS 베어러를 관리하며 가입자의 Mobility 상태를 관리하는 MME(Mobility Management Entity), 각 UE(200)별로 인증을 위한 키 정보와 가입자 프로파일을 가지고 있는 LTE망의 중앙 데이터베이스에 해당하는 HSS(Home Subscriber Server) 등이 더 포함될 수 있으나, 이러한 다른 노드들은 본 발명의 특징과 직접적인 관련성이 없을 뿐만 아니라 기 공지된 구성에 해당하므로 편의상 도 2에서의 도시를 생략하였다. 다만 MME에 대해서는 필요한 경우 PGW(110)와 통신을 수행하는 노드로써 설명한다.

eNB(130)는 "LTE 기지국"이라 할 수 있는데, UE(200)와 LTE 네트워크 간에 무선 연결을 제공하는 장비이다. 즉, 도 2에서 UE(200)와 eNB(130)간에는 무선 연결로 구성되고, 나머지는 모두 IP(Internet Protocol) 통신을 통한 유선 연결로 구성됨이 바람직하다.

PGW(110)는 단말(200)에 1차 네트워크 주소로써 IP 주소를 할당하는 기능을 수행하는 것으로서, 핸드오버 발생시에 SGW(Serving Gateway)들에 대한 anchoring을 수행한다. 즉, UE(200)가 이동중에 SGW_1에서 SGW2_로 변경이 되는 경우(SGW_1이 관리하는 eNB(130)에서 SGW_2가 관리하는 eNB(130)로 이동하는 경우) PGW(110)가 anchoring 포인트가 되는 것이다.

또한 PGW(110)는 UE(200)별로 서로 다른 QoS 정책을 적용(우선순위, 대역폭 제어등의 행위를 수행)하고, UE(200)별로 Accounting Data(일 예로 상하향 트래픽양, 접속시간 등)를 관리한다. 즉, PGW(110)는 각 가입자 별로 언제 접속했고, 얼마나 데이터를 사용했고, 얼마동안 접속했는지 이력을 생성 및 관리하고 그 데이터를 소정의 과금 시스템(일 예로 OFCS(Offline Charging System))에 전달하는 기능을 수행한다.

특히, PGW(110)는 단말(200)에 제공할 수 있는 네트워크 주소 대역정보에 해당하는 IP POOL 정보와 특정 HA(120)의 네트워크 주소에 해당하는 HA(120) IP 정보를 매칭한 매칭 테이블을 저장하고 있고, 이 상태에서 단말(200)의 LTE 접속 요청을 감지하는 경우 IP POOL 정보에서 가용한 어느 하나의 네트워크 주소인 1차 네트워크 주소를 추출하여 해당 단말(200)에 할당하고, 그 IP POOL 정보에 매칭된 HA(120)의 네트워크 주소와 앞서 추출한 1차 네트워크 주소를 모두 포함하는 접속 응답 신호를 LTE 접속 요청을 전송한 단말측으로 전송하는 기능을 수행한다.

예를 들어 단말(200)의 LTE 접속 과정에서 PGW(110)는 MME(미 도시함)로부터 단말(200)의 LTE 접속 요청 신호에 대응되는 세션 생성 요청 신호를 수신할 수 있는데, 이때 PGW(110)는 자신의 보유한 아이피 주소 풀(IP POOL 정보)에서 어느 하나의 아이피 주소(예를 들어 다른 단말(200)에 할당되지 않은 어느 하나의 IP 주소)를 추출하여 해당 단말(200)에 할당할 수 있고, 본 실시예에서 PGW(110)가 단말(200)에 할당하는 아이피 주소는 1차 네트워크 주소라 칭한다.

그리고 PGW(110)는 그 단말(200)에 할당한 1차 네트워크 주소와 아이피 주소 풀에 매칭되어 있던 HA(120)의 네트워크 주소를 모두 포함하는 세션 생성 응답 신호를 단말측, 구체적으로는 세션 생성 요청 신호를 전송한 MME로 전송한다.

이러한 PGW(110)의 기능 블록의 일 예는 도 3에 도시되었다.

동 도면에 도시된 바와 같이 PGW(110)는 저장부(111), 데이터 공유부(112), 요청 수신부(113), 단말 주소 할당부(114), 전송부(115)를 포함하여 구성될 수 있다.

저장부(111)에는 단말(200)에 제공할 수 있는 네트워크 주소 대역정보에 해당하는 IP POOL 정보와 특정 HA(120)의 네트워크 주소에 해당하는 HA(120) IP 정보를 매칭한 매칭 테이블을 저장되어 있다.

데이터 공유부(112)는 저장부(111)에 저장된 IP POOL 정보를 그 매칭된 HA(120) IP 정보에 해당하는 HA(120)로 전송하여 공유하는 기능을 수행한다. 이때 데이터 공유부(112)는 IP POOL 정보와 PGW(110)의 IP 주소(PGW(110) IP) 및/또는 HA(120)의 IP 주소(HA(120) IP)를 함께 HA(120)에 전송할 수도 있는데, PGW(110) IP와 HA(120) IP는 IP 통신에 있어서 소스 아이피와 목적지 아이피에 해당하므로 IP 프로토콜에 따른 헤더에 포함될 수도 있다.

요청 수신부(113)는 단말(200)의 LTE 접속 요청을 수신하는 기능을 수행한다. 예를 들어 요청 수신부(113)는 단말(200)의 LTE 접속 요청 신호로써 MME로부터 세션 생성 요청 신호를 수신할 수도 있다.

단말 주소 할당부(114)는 요청 수신부(113)에 단말(200)의 LTE 접속 요청 신호가 수신되었음을 감지하는 경우 저장부(111)에 저장된 IP POOL 정보에서 가용한 어느 하나의 네트워크 주소인 1차 네트워크 주소를 추출하여 단말(200)에 할당하는 기능을 수행한다.

전송부(115)는 IP POOL 정보에 매칭된 HA(120)의 네트워크 주소와 단말 주소 할당부(114)에서 해당 단말(200)에 할당된 1차 네트워크 주소를 모두 포함하는 접속 응답 신호를 LTE 접속 요청을 전송한 단말측으로 전송하는 기능을 수행한다.

이후 PGW(110)는 eNB(130)와는 GTP(GPRS Tunneling Protocol) 터널을 통해 통신하고, HA(120)와는 GRE(Generic Routing Encapsulation) 터널을 통해 통신하면서 단말(200)의 통신을 지원할 수 있다.

한편, HA(120) 즉, 본 실시예에 따른 DSMIPv6(Dual Stack Mobile Internet Protocol Version 6) HA(120)는 단말(200)이 접속하는 경우에 DSMIPv6 시그널링의 보안을 위한 종단 기능과 외부 IP 네트워크와의 종단 기능을 제공한다.

즉, DSMIPv6 HA(120)는 IP 망의 전단에서 UE(200)와 직접 통신을 수행하여 IFOM(IP Flow Mobility)을 이용한 LTE/WLAN 병합이 가능하도록 한다. 예를 들어 UE(200)는 LTE를 통하든 WLAN을 통하든, 결국 IP망(예를 들어 인터넷)에 접속하기 위해서는 HA(120)를 경유해야 하는 것이다.

특히, HA(120)는 PGW(110)의 응답 신호를 수신한 단말(200), 구체적으로는 PGW(110)의 세션 응답 신호를 수신한 MME로부터 응답신호를 수신한 단말(200)로부터 1차 네트워크 주소를 포함하는 연결 요청 신호를 수신하면, 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소를 해당 단말(200)의 2차 네트워크 주소로 할당한 후, 그 할당한 2차 네트워크 주소를 포함하는 연결 응답 신호를 단말(200)에 전송하는 기능을 수행한다.

또한 HA(120)는 각 PGW(110)와의 주기적인 통신을 통해 각 PGW(110)에 저장된 IP POOL 정보를 공유할 수 있다.

이 경우 HA(120)는 단말(200)에 2차 네트워크 주소의 할당 전에 단말(200)의 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소가 PGW(110)로부터 수신된 IP POOL에 속하는 주소인지 여부를 판단하고, 판단 결과 해당 1차 네트워크 주소가 그 IP POOL에 속하는 주소인 경우에 한하여 1차 네트워크 주소를 해당 단말(200)의 2차 네트워크 주소로 할당할 수도 있다.

이후, HA(120)는 PGW(110)와의 GRE 터널을 통해 통신하여 단말(200)의 통신을 지원한다. 즉, HA(120)는 외부(IP망)로부터 단말측으로 수신되는 다운링크 트래픽에 대해 GRE encapsulation처리하여 PGW(110)로 전송하고, PGW(110)의 경우도 마찬가지로 단말(200)로부터 외부 IP망으로 전송되는 업링크 트래픽에 대하여 GRE encapsulation처리하여 HA(120)로 전송하는 것이다.

이러한 HA(120)의 기능 블록의 일 예는 도 4에 도시되었다.

동 도면에 도시된 바와 같이 HA(120)는 저장부(121), 데이터 공유부(122), 요청 수신부(123), 단말 주소 할당부(124), 전송부(125)를 포함하여 구성될 수 있다.

저장부(121)에는 PGW(110)로부터 수신된 IP POOL 정보가 저장될 수 있다. 이때 저장부(121)에는 해당 IP POOL 정보를 전송한 PGW(110)의 IP 주소와, 해당 IP POOL 정보가 매칭되어 저장될 수 있고, 추가적으로 HA(120) IP가 함께 매칭될 수도 있다.

데이터 공유부(122)는 PGW(110)와 통신하여 IP POOL 정보를 수신하여 저장부(121)에 저장하는 기능을 수행한다. 이때 데이터 공유부(122)는 IP POOL 정보를 전송한 PGW(110)의 IP 주소를 추출할 수 있고, 추출한 PGW(110)의 IP 주소를 해당 IP POOL 정보와 매칭시켜 저장부(121)에 저장할 수 있다. 더 나아가 HA(120)의 IP 주소를 해당 IP POOL 정보와 매칭시킬 수도 있다.

요청 수신부(123)는 PGW(110)의 응답 신호를 수신한 단말(200)로부터 PGW(110)에 할당한 1차 네트워크 주소를 포함하는 연결 요청 신호를 수신하는 기능을 수행한다.

단말 주소 할당부(124)는 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소를 해당 단말(200)의 2차 네트워크 주소로 할당하는 기능을 수행한다.

전송부(125)는 단말(200)에 할당된 2차 네트워크 주소를 포함하는 연결 응답 신호를 연결 요청 신호를 전송한 단말(200)에 전송하는 기능을 수행한다.

이에 따라 단말(200)은 PGW(110)로부터 할당받은 아이피(즉, 1차 네트워크 주소)와 HA(120)로부터 할당받은 아이피(즉, 2차 네트워크 주소)가 동일하므로 LTE 망 접속시에 홈네트워크로 간주하여 HA(120)와 IP-in-IP 터널을 사용하지 않고 통신한다.

이러한 본원발명에 따라 외부 서버(미 도시함)로부터 HA(120) 및 PGW(110)를 경유하여 단말(200)에 수신되는 패킷의 흐름이 도 5에 도시되었다.

도 5를 참조하면, eNB(130)와 PGW(110) 간에는 GTP 터널이 형성되고, PGW(110)와 HA(120) 간에는 GRE 터널이 형성되며, 외부로부터 수신된 헤더와 payload로 이루어진 패킷은 별도의 헤더(도 1의 Outer 헤더)가 추가되지 않은 상태로 단말(200)에 전송되게 되는 것이다.

이때 HA(120)와 PGW(110) 간에는 GRE 터널에 따른 Encapsulation이 이루어지고, PGW(110)와 eNB(130) 간에는 GTP 터널에 따른 Encapsulation이 이루어질 수 있으나, eNB(130)와 단말(200) 간에는 추가 헤더가 포함되지 않은 원래의 패킷 상태로 전송된다. 즉, 무선 구간에서의 오버헤드가 종래의 방식과 비교할 때 향상될 수 있는 것이다.

즉, 종래의 방식에 따른 패킷 수신 과정이 나타난 도 1과 본 발명에 따른 패킷 수신 과정이 나타난 도 5를 비교하면 그 차이점을 확실히 이해할 수 있을 것이다.

결국 본원발명에 따르면 아이피를 중복하여 할당함으로 인해 발생하는 아이피 자원의 낭비를 미연에 방지할 수 있고, 또한 통신 과정 특히, 무선 구간에서의 패킷이 늘어나는 것을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 LTE 통신 시스템(100)의 제어흐름을 도 6을 참조하여 설명한다.

우선, PGW(110)는 IP POOL 정보에 해당하는 IFOM_CoA_IP_POOL을 특정 HA(120)의 주소(IP 주소)와 매칭시켜 저장한다(단계 S1).

이어서 PGW(110)는 IFOM_CoA_IP_POOL을 포함하는 동기화 신호인 IFOM_CoA_info_Update 신호를 그 IFOM_CoA_IP_POOL에 매칭된 HA(120) 주소를 이용하여 HA(120)에 전송한다(단계 S3).

HA(120)는 IFOM_CoA_Info_Update 신호에 포함된 IFOM_CoA_IP_POOL와 그 IFOM_CoA_Info_Update 신호를 전송한 PGW(110)의 주소(IP 주소)를 매칭시켜 저장한 후(단계 S5), IFOM_CoA_Info_Update 신호에 대한 응답 신호인 IFOM_CoA_Info_Ack 신호를 PGW(110)에 전송한다(단계 S7).

한편, 단말(200)은 eNB(130) 경유하여 MME에 LTE Attach 신호를 전송한다(단계 S9). 이때 MME는 HSS와의 통신을 통해 단말(200)을 인증하고 단말(200)이 접속해야하는 PGW(110) 등에 대한 정보를 획득할 수 있는데, 이러한 과정은 공지된 기술에 불과하므로 보다 상세한 설명을 생략한다.

MME는 단말(200)의 LTE Attach 신호에 따라 일종의 LTE 접속 요청에 해당하는 Create Session Request 신호를 PGW(110)로 전송한다(단계 S11).

PGW(110)는 MME의 Create Session Request에 따라 기 저장된 IFOM_CoA_IP_POOL에서 어느 하나의 IP 주소를 추출한 후 해당 단말(200)에 할당하는데(단계 S13), HA(120)에서 할당되는 IP 주소와의 구분을 위해 제1 네트워크 주소라 칭한다. 여기서 단말(200)에 IP 주소를 할당하는 것에는 어느 하나의 세션마다 별개의 IP 주소를 할당하는 경우를 포함한다. 즉, 단말(200)은 통신을 위해 복수 개의 세션을 생성할 수 있는데, 이 경우 PGW(110)는 각 세션마다 별도의 IP 주소를 구별하여 해당 단말(200)에 할당할 수도 있는 것이다.

이어서 PGW(110)는 MME에 일종의 응답 신호인 Create Session Response를 전송하는데(단계 S15), 이때 Create Session Response에는 해당 단말(200)에 할당한 IP 주소인 IFOM_CoA와 IFOM_CoA_IP_POOL에 매칭된 HA(120) 주소인 DSMIP_HA(120)_IP가 포함될 수 있다.

이후 MME로부터 eNB(130)를 경유하여 단말(200)에 IFOM_CoA_IP_POOL에 매칭된 HA(120) 주소인 DSMIP_HA(120)_IP가 전달된다. 이 과정을 포함하여 EPS Session Establishment 과정이 수행될 수 있다(단계 S17).

이어서 단말(200)은 MME로부터 수신한 HA(120) 주소를 이용하여 HA(120)에 일종의 연결 요청 신호인 Binding Update 신호를 전송하는데(단계 S19), 이 Binding Update 신호에는 PGW(110)로부터 할당받은 IP 주소인 IFOM_CoA가 포함된다.

HA(120)는 단말(200)의 Binding Update 신호에서 IFOM_CoA를 추출하고(단계 S21), 그 추출한 IFOM_CoA을 HoA로써 해당 단말(200)에 할당한다(단계 S23). 이때 HA(120)에 의해 단말(200)에 할당되는 IP 주소는 편의상 제2 네트워크 주소라 칭한다.

PGW(110)의 경우와 마찬가지로, 여기서 단말(200)에 IP 주소를 할당하는 것에는 어느 하나의 세션마다 별개의 IP 주소를 할당하는 경우를 포함한다. 즉, 단말(200)은 통신을 위해 복수 개의 세션을 생성할 수 있는데, 이 경우 HA(120)는 각 세션마다 별도의 IP 주소를 구별하여 해당 단말(200)에 할당할 수도 있는 것이다.

이어서 HA(120)는 단말(200)에 일종의 응답신호인 Binding Ack 신호를 전송하는데(단계 S25), 이 Binding Ack 신호에는 HA(120)가 단말(200)에 할당한 IP 주소인 HoA 가 포함될 수 있는데, 결국 HoA는 PGW(110)가 단말(200)에 할당한 IFOM_CoA와 동일한 값이다.

이후, 단말(200)은 PGW(110)에 의해 할당된 IP 주소와 HA(120)에 의해 할당된 주소가 동일한 주소이므로 PGW(110) 및 HA(120)를 경유하여 IP 통신망과 통신하는 경우 IP-in-IP 터널을 생성하지 않는다.

즉, 단말(200)이 IP 통신망과 통신하는 패킷은 eNB(130)와 PGW(110) 간에는 GTP 터널을 이용하여 송수신되고, PGW(110)와 HA(120) 간에는 GRE 터널을 통해 송수신되며, 이때 무선구간에서는 도 1과 같은 Outer 헤더의 추가 과정은 발생하지 않는다.

따라서 무선 구간에서의 불필요한 오버헤드는 발생하지 않게 되고, 또한 PGW(110)와 HA(120)에서 단말(200)에 할당하는 IP 주소가 동일하므로, IP 주소 자원을 아낄 수 있는 효과도 있다.

결국, 본원발명에 따르면 PGW(110)와 HA(120)가 분리된 구조에서의 IP Flow Mobility(IFOM) 동작에 있어서, LTE Attach 된 단말(200)이 LTE 베어러로 IFOM 최초 접속 요청(Binding Update)을 한 경우 HA(120)가 그 Binding Update에 포함된 Care of Address(CoA)를 참고하여 Home of Address(HoA)로 재할당하는 함으로써, 상술한 여러 가지 효과를 달성할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상술한 각 실시예를 수행하는 과정은 소정의 기록 매체(예를 들어 컴퓨터로 판독 가능한)에 저장된 프로그램 또는 애플리케이션에 의해 이루어질 수 있음은 물론이다. 여기서 기록 매체는 RAM(Random Access Memory)과 같은 전자적 기록 매체, 하드 디스크와 같은 자기적 기록 매체, CD(Compact Disk)와 같은 광학적 기록 매체 등을 모두 포함한다.

이때, 기록 매체에 저장된 프로그램은 컴퓨터나 스마트폰 등과 같은 하드웨어 상에서 실행되어 상술한 각 실시예를 수행할 수 있다. 특히, 상술한 본 발명에 따른 PGW와 HA의 기능 블록 중 적어도 어느 하나는 이러한 프로그램 또는 애플리케이션에 의해 구현될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 변형 및 수정하여 실시할 수 있는 것이다. 이러한 변형 및 수정이 첨부되는 특허청구범위에 속한다면 본 발명에 포함된다는 것은 자명할 것이다.

100 : LTE 통신 시스템 110 : PGW
120 : HA 130 : eNB
200 : UE
111,121 : 저장부 112,122 : 데이터 공유부
113,123 : 요청 수신부 114,124 : 단말 주소 할당부
115,125 : 전송부

Claims

3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 PGW(PDN Gateway)와 HA(Home Agent)를 포함하는 LTE(Long Term Evolution) 통신 시스템의 제어방법에 있어서,
(a) 상기 PGW가, 단말에 제공할 수 있는 네트워크 주소 대역정보에 해당하는 IP POOL 정보와 특정 HA의 네트워크 주소에 해당하는 HA IP 정보를 매칭한 매칭 테이블을 저장하는 단계와;
(b) 상기 PGW가 단말의 LTE 접속 요청을 감지하는 경우 상기 IP POOL 정보에서 가용한 어느 하나의 네트워크 주소인 1차 네트워크 주소를 추출하여 상기 단말에 할당하고, 상기 IP POOL 정보에 매칭된 HA의 네트워크 주소와 상기 1차 네트워크 주소를 모두 포함하는 접속 응답 신호를 상기 LTE 접속 요청을 전송한 단말 측으로 전송하는 단계와;
(c) 상기 HA가 상기 PGW의 응답 신호를 수신한 단말로부터 상기 1차 네트워크 주소를 포함하는 연결 요청 신호를 수신하면, 상기 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소를 해당 단말의 2차 네트워크 주소로 할당한 후, 그 할당한 2차 네트워크 주소를 포함하는 연결 응답 신호를 상기 단말에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LTE 통신 시스템의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 PGW는 상기 HA와 GRE(Generic Routing Encapsulation) 터널을 통해 통신하여 단말의 통신을 지원하는 것을 특징으로 하는 LTE 통신 시스템의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 HA는 상기 PGW와의 주기적인 통신을 통해 상기 PGW에 저장된 IP POOL 정보를 공유하는 것을 특징으로 하는 LTE 통신 시스템의 제어방법.
제3항에 있어서,
상기 (c) 단계에서는 상기 단말에 2차 네트워크 주소의 할당 전에 상기 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소가 상기 IP POOL에 속하는 주소인지 여부를 판단하고, 판단 결과 해당 1차 네트워크 주소가 상기 IP POOL에 속하는 주소인 경우 상기 1차 네트워크 주소를 해당 단말의 2차 네트워크 주소로 할당하는 것을 특징으로 하는 LTE 통신 시스템의 제어방법.
3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 HA(Home Agent)와 통신하는 PGW(PDN Gateway)의 제어방법에 있어서,
(a) 단말에 제공할 수 있는 네트워크 주소 대역정보에 해당하는 IP POOL 정보와 특정 HA의 네트워크 주소에 해당하는 HA IP 정보를 매칭한 매칭 테이블을 저장하는 단계와;
(b) 상기 IP POOL 정보를 상기 매칭된 HA IP 정보에 해당하는 HA로 전송하여 공유하는 단계와;
(c) 단말의 LTE 접속 요청을 감지하는 경우 상기 IP POOL 정보에서 가용한 어느 하나의 네트워크 주소인 1차 네트워크 주소를 추출하여 상기 단말에 할당하고, 상기 IP POOL 정보에 매칭된 HA의 네트워크 주소와 상기 1차 네트워크 주소를 모두 포함하는 접속 응답 신호를 상기 LTE 접속 요청을 전송한 단말 측으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PGW의 제어방법.
3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 PGW(PDN Gateway)와 통신하는 HA(Home Agent)의 제어방법에 있어서,
상기 PGW의 응답 신호를 수신한 단말로부터 상기 PGW에 할당한 1차 네트워크 주소를 포함하는 연결 요청 신호를 수신하는 단계와;
상기 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소를 해당 단말의 2차 네트워크 주소로 할당하는 단계와;
상기 할당된 2차 네트워크 주소를 포함하는 연결 응답 신호를 상기 단말에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 HA의 제어방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 애플리케이션.
3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 PGW(PDN Gateway)와 HA(Home Agent)를 포함하는 LTE(Long Term Evolution) 통신 시스템에 있어서,
상기 PGW는, 단말에 제공할 수 있는 네트워크 주소 대역정보에 해당하는 IP POOL 정보와 특정 HA의 네트워크 주소에 해당하는 HA IP 정보를 매칭한 매칭 테이블을 저장하고, 단말의 LTE 접속 요청을 감지하는 경우 상기 IP POOL 정보에서 가용한 어느 하나의 네트워크 주소인 1차 네트워크 주소를 추출하여 상기 단말에 할당하고, 상기 IP POOL 정보에 매칭된 HA의 네트워크 주소와 상기 1차 네트워크 주소를 모두 포함하는 접속 응답 신호를 상기 LTE 접속 요청을 전송한 단말 측으로 전송하며,
상기 HA는 상기 PGW의 응답 신호를 수신한 단말로부터 상기 1차 네트워크 주소를 포함하는 연결 요청 신호를 수신하면, 상기 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소를 해당 단말의 2차 네트워크 주소로 할당한 후, 그 할당한 2차 네트워크 주소를 포함하는 연결 응답 신호를 상기 단말에 전송하는 것을 특징으로 하는 LTE 통신 시스템.
제9항에 있어서,
상기 PGW는 상기 HA와 GRE(Generic Routing Encapsulation) 터널을 통해 통신하여 단말의 통신을 지원하는 것을 특징으로 하는 LTE 통신 시스템.
제9항에 있어서,
상기 HA는 상기 PGW와의 주기적인 통신을 통해 상기 PGW에 저장된 IP POOL 정보를 공유하는 것을 특징으로 하는 LTE 통신 시스템.
제11항에 있어서,
상기 단말에 2차 네트워크 주소의 할당 전에 상기 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소가 상기 IP POOL에 속하는 주소인지 여부를 판단하고, 판단 결과 해당 1차 네트워크 주소가 상기 IP POOL에 속하는 주소인 경우 상기 1차 네트워크 주소를 해당 단말의 2차 네트워크 주소로 할당하는 것을 특징으로 하는 LTE 통신 시스템.
3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 HA(Home Agent)와 통신하는 PGW(PDN Gateway)에 있어서,
단말에 제공할 수 있는 네트워크 주소 대역정보에 해당하는 IP POOL 정보와 특정 HA의 네트워크 주소에 해당하는 HA IP 정보를 매칭한 매칭 테이블을 저장하는 저장부와;
상기 IP POOL 정보를 상기 매칭된 HA IP 정보에 해당하는 HA로 전송하여 공유하는 데이터 공유부와;
상기 단말의 LTE 접속 요청을 수신하는 요청 수신부와;
상기 단말의 LTE 접속 요청의 수신을 감지하는 경우 상기 IP POOL 정보에서 가용한 어느 하나의 네트워크 주소인 1차 네트워크 주소를 추출하여 상기 단말에 할당하는 단말 주소 할당부와;
상기 IP POOL 정보에 매칭된 HA의 네트워크 주소와 상기 1차 네트워크 주소를 모두 포함하는 접속 응답 신호를 상기 LTE 접속 요청을 전송한 단말 측으로 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PGW.
3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의된 PGW(PDN Gateway)와 통신하는 HA(Home Agent)에 있어서,
상기 PGW의 응답 신호를 수신한 단말로부터 상기 PGW에 할당한 1차 네트워크 주소를 포함하는 연결 요청 신호를 수신하는 요청 수신부와;
상기 연결 요청 신호에 포함된 1차 네트워크 주소를 해당 단말의 2차 네트워크 주소로 할당하는 단말 주소 할당부와;
상기 단말에 할당된 2차 네트워크 주소를 포함하는 연결 응답 신호를 상기 단말에 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 HA.